Счетчики

Счётчики – это устройства, которые осуществляют счёт и хранение кода числа подсчитанных сигналов.

Счетчиком называют устройство, сигналы на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на вход.

Счетчики широко используются в устройствах управления цифровых систем для подсчета числа выполненных операций, в связной и контрольно-измерительной аппаратуре для определения числа поступивших сигналов.

Основным параметром счётчика является модуль счёта К_сч - максимальное число импульсов, которое может быть сосчитано счётчиком. После поступления К_сч импульсов счётчик должен возвращаться в исходное состояние. Величина К_сч равна числу устойчивых состояний счётчика. Количество поступивших на счётный вход импульсов представляется на выходе счётчика в виде двоичного числа в том или ином коде: прямом, дополнительном, циклическом. Обычно счётчики имеют дополнительные входы установки S, позволяющие предварительно установить на выходе счётчика заданное число, или входы сброса R, сигнал на которых переводит счётчик в исходное состояние. Счётчики используются в качестве делителей частоты, обеспечивающих на выходе в К_сч раз меньшую частоту сигнала, чем на входе.

По порядку изменения состояний могут быть счётчики с естественным и произвольным порядком счёта. В первых, значение кода каждого последующего состояния счётчика отличается на единицу от кода предыдущего состояния. В счётчиках с произвольным порядком счёта значения кодов соседних состояний могут отличаться более чем на единицу. В свою очередь, счётчики с естественным порядком счёта подразделяются на простые и реверсивные. Простые же счётчики делятся на суммирующие и вычитающие. Реверсивные счётчики в зависимости от значений управляющих сигналов могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. По модулю счёта или, что то же самое, по коэффициенту пересчёта К_сч счётчики подразделяются на двоичные с К_сч=2^m и недвоичные с К_сч ≠2^m.

По способу переключения триггеров во время счёта сигналов счётчики подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронных счётчиках переход каждого триггера из одного состояния в противоположное происходит сразу же после изменения сигналов на его управляющих входах. В этих счётчиках переключение триггеров происходит последовательно во времени. В синхронных счётчиках триггеры переключаются при наличии соответствующих сигналов на управляющих входах только в момент прихода тактирующего (синхронизирующего) сигнала.

Основными параметрами счётчиков являются ёмкость и быстродействие. Ёмкость счётчика характеризует максимальное число сигналов, которое может быть им сосчитано, и численно равна коэффициенту пересчёта К_сч. После поступления К_сч входных сигналов счётчик возвращается в исходное состояние. Быстродействие счётчика определяется двумя величинами: разрешающей способностью t_p=1/f_сч и временем установки tуст кода счётчика. Под разрешающей способностью t_р понимают минимально допустимый интервал времени между двумя входными сигналами, при котором не происходит потери счёта сигналов. Время установки кода t_уст представляет собой интервал времени между моментом поступления входного сигнала и моментом завершения перехода счётчика в новое устойчивое состояние.

По структурной организации счётчики делятся на счётчики с параллельным, последовательным и параллельно-последовательным переносом. Которые между собой различаются способами подачи счётных импульсов на входы разрядов.

· В счётчиках с последовательным переносом входной переключающий сигнал воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.

· В счётчиках с параллельным переносом входной переключающий сигнал воздействует на все триггеры, и каждый триггер вырабатывает для всех последующих лишь управляющие сигналы. Параллельные счётчики обычно строятся на базе RS-, JK-, D- триггеров, синхронизируемых фронтом.

· В счётчиках с параллельно-последовательным переносом триггера разбиты на группы, причём внутри группы действует параллельный перенос, а между группами последовательный.

Синхронизация может производиться уровнем или фронтом. Синхронизация уровнем происходит при достижении сигнала на входе синхронизации уровней «0» или «1» в зависимости от конструкции счётчика. Синхронизация фронтом может производиться положительным, или отрицательным фронтом. Синхронизация положительным фронтом происходит при переходе сигнала на входе из состояния «0» в состояние «1». Синхронизация отрицательным фронтом - при переходе сигнала на входе синхронизации из состояния «1» в состояние «0».

Часто при проектировании счётчиков требуется создать счётчик с началом счёта с произвольного числа. Для этого в счётчик вводят вход предварительной установки. Сигнал на этом входе разрешает или запрещает запись в счётчик двоичного числа, поданного на информационные входы. Предварительная запись может быть параллельной и последовательной. В первом случае - двоичный код числа подаётся одновременно на все триггеры поразрядно. Во втором - код подаётся на один информационный вход. Выход каждого триггера соединён последовательно с информационным входом следующего триггера, что обеспечивает последовательную запись кода.